eng
Выпуск #3/2023
Д. И. Волотов, А. Р. Маслов
Модульное устройство для измерения технических параметров технологической оснастки
Модульное устройство для измерения технических параметров технологической оснастки
Просмотры: 536
DOI: 10.22184/2499-9407.2023.32.3.68.72
Представлено описание измерительного устройства для прямого измерения физических величин, характеризующих основные свойства станочных приспособлений. Описано использование метода измерения, при котором значение искомой величины определяется непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей.
Представлено описание измерительного устройства для прямого измерения физических величин, характеризующих основные свойства станочных приспособлений. Описано использование метода измерения, при котором значение искомой величины определяется непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей.
Теги: device equipment measurement module parameter technological измерение модульный параметр приспособление станочный устройство
Модульное устройство
для измерения технических параметров технологической оснастки
Д. И. Волотов, А. Р. Маслов
Представлено описание измерительного устройства для прямого измерения физических величин, характеризующих основные свойства станочных приспособлений. Описано использование метода измерения, при котором значение искомой величины определяется непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей.
Введение
В Программе фундаментальных научных исследований РФ на период 2021–2030 годов предусмотрена разработка научных основ специализации машиностроительного производства с использованием принципов модульной технологии.
В современной металлообрабатывающей промышленности наиболее полно поставленным требованиям отвечают системы модульных инструментальных наладок (МИН), состоящих из базисных агрегатов и сменных модулей [1–3]. От качества этих приспособлений напрямую зависит качество процесса обработки в целом, так как они связывают режущую часть наладки и металлорежущий станок.
Измерение физических величин, характеризующих основные свойства приспособлений необходимо выполнять в условиях максимально приближенных к условиям их эксплуатации.
Для этих целей разработано устройство для измерения технических параметров станочных приспособлений, в котором использован метод измерения с определением значения величины параметра непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей, что определяет его унификацию для различных типов оборудования и задач измерения.
Устройство для измерения технических параметров станочных приспособлений
Измерительные модули устройства (рис. 1) представляют собой образцовые динамометры сжатия с пределами измерения 1,0, 2,0 и 3,0 кН. Индикатор с условной шкалой показывает величину силы по величине деформации упругой скобы специальной формы.
Измерительный модуль (рис. 2) состоит из упругого тела – скобы 1 и корпуса 2, жестко прикрепленного к скобе через переходник 3 винтами 4 и 5. В сферическую выточку скобы опирается шарик 6, воспринимающий нагрузку через подушку 7. Индикатор 8 крепится на корпусе винтом 9 и зажимом 10. Шариковый наконечник индикатора опирается на опору 11, запрессованную в скобу. Индикатор устанавливается с предварительным натягом в 1 мм, при этом малая стрелка должна быть на делении «1», а большая – на «0» и располагаться вдоль силовой оси динамометра.
Величина упругой деформации определяется по индикатору часового типа с ценой деления 0,01 мм, пределом измерения 9,00 мм и пределом допускаемой погрешности не более ±0,02 мм.
Разработанное устройство калибровали с помощью пьезоэлектрического двухкомпонентного динамометра модели 9271A. Калибровка выполнялась на сверлильном станке 2Р150 (рис. 3).
В результате калибровки получен тарировочный график (рис. 4) для определения действующей нагрузки, создаваемой с помощью разработанного устройства.
Выбор лучшего варианта
конструкции зажимных патронов
Разработанное устройство использовали с целью выбора лучшего варианта конструкции зажимных патронов, используемых для установки концевых фрез. Для этого измеряли жесткость технологической системы (ТС) для концевого фрезерования, включающей цанговые патроны (рис. 5).
Сравнение цанговых патронов осуществлялось путем приложения радиальной нагрузки от устройства 6 через шток 9 к контрольной оправке 10 диаметром 25 мм на ее вылете 100 мм от торцов сравниваемых цанговых патронов 4. Закрепление оправки осуществлялось пятикратно с помощью динамометрического ключа моментом 20 Н · м. Измерение перемещения оправки под действием создаваемого усилия, имитирующего радиальную составляющую силы резания при концевом фрезеровании, выполнялось индикатором 1, установленным в стойке 11.
Измерения в идентичных условиях выполняли для двух наиболее часто применяемых конструкций цанговых патронов (рис. 6, 7, табл. 1).
Патроны № 1 и 2 рассчитаны на передачу значительных крутящих моментов, осевых и радиальных усилий, возникающих в процессе резания. С этой целью они оснащены гайками сборной конструкции, которые позволяют значительно уменьшить потери усилия затяжки, расходуемые на преодоление трения.
Например, у патрона № 1 сборная гайка состоит из собственно гайки 4, промежуточного кольца 1 и шариков 3, которые в сборе образуют однорядную шариковую передачу, разгружающую цангу 2 от нагрузок, направленных касательно к ее торцу.
Коническая одноугловая цанга 2 с конусностью 1 : 5 и наибольшим диаметром конуса 50 мм имеет восемь прорезей с двух сторон, что придает ей повышенную эластичность и уменьшает потери сил на деформацию лепестков. Коническое соединение цанги с корпусом 9 является самотормозящимся, поэтому для извлечения цанги на ее переднем конце выполнен буртик, который за счет пружинения цанги входит в проточку промежуточного кольца 1.
Для гарантированной передачи крутящих моментов, возникающих в процессе фрезерования, в корпусе 1 установлен сухарь 7, зафиксированный штифтом 6. Для регулирования положения инструмента предусмотрен винт-упор 8. Также имеется фиксирующий винт 5, который удерживает фрезу от осевого вытягивания.
Закрепление фрезы в патроне № 1 производится при навинчивании на корпус 9 гайки 4, соединенной стальными шариками 3 с промежуточным кольцом 1, которое перемещает цангу 2 вдоль оси конического отверстия корпуса. Соответственно, при отвинчивании гайки 4 промежуточное кольцо 1 вытягивает цангу 2 за ее буртик вместе с закрепленным в ней инструментом из корпуса.
Аналогично происходит закрепление и раскрепление концевых фрез в патроне № 2. Отличия конструкции № 2 от конструкции № 1 состоят в том, что одноугловая цанга в конструкции № 2 имеет наибольший диаметр конуса (44 мм) и величину конусности цанги, равную 1 : 7.
Средняя величина биения контрольной оправки в патронах № 1 и 2 при 10‑кратных измерениях – 0,018 мм на вылете 100 мм.
По результатам выполненных экспериментов – измерения жесткости ТС на стенде (см. рис. 5) – построены зависимости радиального перемещения контрольных оправок от величины нагружающей силы (рис. 8). Из рис. 8 следует, что предпочтение отдано патрону № 1, который в меньшей степени снижает жесткость ТС.
Разработанное измерительное устройство также использовалось для измерения осевой силы, удерживающей пруток в цанговом зажимном механизме (рис. 9).
Заключение
Разработано модульное переналаживаемое измерительное устройство на базе образцовых динамометров сжатия высокой точности, которое можно устанавливать и применять на различных типах станков для следующих целей:
имитации сил резания при испытании станочных приспособлений;
для аттестации конкретных технологических систем в качестве диагностического средства;
для тарировки лабораторных динамометров «УДМ».
В результате калибровки с помощью двухкомпонентного динамометра Kistler модели 9271A получен тарировочный график для определения действующей нагрузки, создаваемой с помощью разработанного измерительного устройства.
Получены зависимости перемещения контрольных оправок, имитирующих концевые фрезы диаметром 25 мм, от величины радиальной составляющей силы резания, что позволило объективно выбрать лучшую конструкцию зажимного патрона.
Алленов Д. Г., Журавлев Г. Г., Козочкин М. П.,
Маслов А. Р. Параметры вибраций при изменении состояния и качества крепления режущих вставок модульного инструмента в условиях автоматизированной обработки резанием // Контроль. Диагностика. 2022. № 1 (25). С. 16–25. DOI 10.14489/td.2022.01.pp.016–025
Маслов А. Р., Тивирев Е. Г. Проектирование модульных инструментальных наладок с заданными точностью и жесткостью // Станкоинструмент. 2022. № 2 (027). С. 82–86. DOI 10. 22184/2499–9407.2022.27.2.82.86
Авторы
Волотов Дмитрий Игоревич – аспирант кафедры «Инструментальная техника и технологии» МГТУ им. Н. Э. Баумана
Маслов Андрей Руффович – доктор технических наук, профессор кафедры «Инструментальная техника и технологии» МГТУ им. Н. Э. Баумана
для измерения технических параметров технологической оснастки
Д. И. Волотов, А. Р. Маслов
Представлено описание измерительного устройства для прямого измерения физических величин, характеризующих основные свойства станочных приспособлений. Описано использование метода измерения, при котором значение искомой величины определяется непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей.
Введение
В Программе фундаментальных научных исследований РФ на период 2021–2030 годов предусмотрена разработка научных основ специализации машиностроительного производства с использованием принципов модульной технологии.
В современной металлообрабатывающей промышленности наиболее полно поставленным требованиям отвечают системы модульных инструментальных наладок (МИН), состоящих из базисных агрегатов и сменных модулей [1–3]. От качества этих приспособлений напрямую зависит качество процесса обработки в целом, так как они связывают режущую часть наладки и металлорежущий станок.
Измерение физических величин, характеризующих основные свойства приспособлений необходимо выполнять в условиях максимально приближенных к условиям их эксплуатации.
Для этих целей разработано устройство для измерения технических параметров станочных приспособлений, в котором использован метод измерения с определением значения величины параметра непосредственно по показывающему средству измерений. Устройство переналаживается путем смены входящих в комплект модулей, что определяет его унификацию для различных типов оборудования и задач измерения.
Устройство для измерения технических параметров станочных приспособлений
Измерительные модули устройства (рис. 1) представляют собой образцовые динамометры сжатия с пределами измерения 1,0, 2,0 и 3,0 кН. Индикатор с условной шкалой показывает величину силы по величине деформации упругой скобы специальной формы.
Измерительный модуль (рис. 2) состоит из упругого тела – скобы 1 и корпуса 2, жестко прикрепленного к скобе через переходник 3 винтами 4 и 5. В сферическую выточку скобы опирается шарик 6, воспринимающий нагрузку через подушку 7. Индикатор 8 крепится на корпусе винтом 9 и зажимом 10. Шариковый наконечник индикатора опирается на опору 11, запрессованную в скобу. Индикатор устанавливается с предварительным натягом в 1 мм, при этом малая стрелка должна быть на делении «1», а большая – на «0» и располагаться вдоль силовой оси динамометра.
Величина упругой деформации определяется по индикатору часового типа с ценой деления 0,01 мм, пределом измерения 9,00 мм и пределом допускаемой погрешности не более ±0,02 мм.
Разработанное устройство калибровали с помощью пьезоэлектрического двухкомпонентного динамометра модели 9271A. Калибровка выполнялась на сверлильном станке 2Р150 (рис. 3).
В результате калибровки получен тарировочный график (рис. 4) для определения действующей нагрузки, создаваемой с помощью разработанного устройства.
Выбор лучшего варианта
конструкции зажимных патронов
Разработанное устройство использовали с целью выбора лучшего варианта конструкции зажимных патронов, используемых для установки концевых фрез. Для этого измеряли жесткость технологической системы (ТС) для концевого фрезерования, включающей цанговые патроны (рис. 5).
Сравнение цанговых патронов осуществлялось путем приложения радиальной нагрузки от устройства 6 через шток 9 к контрольной оправке 10 диаметром 25 мм на ее вылете 100 мм от торцов сравниваемых цанговых патронов 4. Закрепление оправки осуществлялось пятикратно с помощью динамометрического ключа моментом 20 Н · м. Измерение перемещения оправки под действием создаваемого усилия, имитирующего радиальную составляющую силы резания при концевом фрезеровании, выполнялось индикатором 1, установленным в стойке 11.
Измерения в идентичных условиях выполняли для двух наиболее часто применяемых конструкций цанговых патронов (рис. 6, 7, табл. 1).
Патроны № 1 и 2 рассчитаны на передачу значительных крутящих моментов, осевых и радиальных усилий, возникающих в процессе резания. С этой целью они оснащены гайками сборной конструкции, которые позволяют значительно уменьшить потери усилия затяжки, расходуемые на преодоление трения.
Например, у патрона № 1 сборная гайка состоит из собственно гайки 4, промежуточного кольца 1 и шариков 3, которые в сборе образуют однорядную шариковую передачу, разгружающую цангу 2 от нагрузок, направленных касательно к ее торцу.
Коническая одноугловая цанга 2 с конусностью 1 : 5 и наибольшим диаметром конуса 50 мм имеет восемь прорезей с двух сторон, что придает ей повышенную эластичность и уменьшает потери сил на деформацию лепестков. Коническое соединение цанги с корпусом 9 является самотормозящимся, поэтому для извлечения цанги на ее переднем конце выполнен буртик, который за счет пружинения цанги входит в проточку промежуточного кольца 1.
Для гарантированной передачи крутящих моментов, возникающих в процессе фрезерования, в корпусе 1 установлен сухарь 7, зафиксированный штифтом 6. Для регулирования положения инструмента предусмотрен винт-упор 8. Также имеется фиксирующий винт 5, который удерживает фрезу от осевого вытягивания.
Закрепление фрезы в патроне № 1 производится при навинчивании на корпус 9 гайки 4, соединенной стальными шариками 3 с промежуточным кольцом 1, которое перемещает цангу 2 вдоль оси конического отверстия корпуса. Соответственно, при отвинчивании гайки 4 промежуточное кольцо 1 вытягивает цангу 2 за ее буртик вместе с закрепленным в ней инструментом из корпуса.
Аналогично происходит закрепление и раскрепление концевых фрез в патроне № 2. Отличия конструкции № 2 от конструкции № 1 состоят в том, что одноугловая цанга в конструкции № 2 имеет наибольший диаметр конуса (44 мм) и величину конусности цанги, равную 1 : 7.
Средняя величина биения контрольной оправки в патронах № 1 и 2 при 10‑кратных измерениях – 0,018 мм на вылете 100 мм.
По результатам выполненных экспериментов – измерения жесткости ТС на стенде (см. рис. 5) – построены зависимости радиального перемещения контрольных оправок от величины нагружающей силы (рис. 8). Из рис. 8 следует, что предпочтение отдано патрону № 1, который в меньшей степени снижает жесткость ТС.
Разработанное измерительное устройство также использовалось для измерения осевой силы, удерживающей пруток в цанговом зажимном механизме (рис. 9).
Заключение
Разработано модульное переналаживаемое измерительное устройство на базе образцовых динамометров сжатия высокой точности, которое можно устанавливать и применять на различных типах станков для следующих целей:
имитации сил резания при испытании станочных приспособлений;
для аттестации конкретных технологических систем в качестве диагностического средства;
для тарировки лабораторных динамометров «УДМ».
В результате калибровки с помощью двухкомпонентного динамометра Kistler модели 9271A получен тарировочный график для определения действующей нагрузки, создаваемой с помощью разработанного измерительного устройства.
Получены зависимости перемещения контрольных оправок, имитирующих концевые фрезы диаметром 25 мм, от величины радиальной составляющей силы резания, что позволило объективно выбрать лучшую конструкцию зажимного патрона.
- Литература
Алленов Д. Г., Журавлев Г. Г., Козочкин М. П.,
Маслов А. Р. Параметры вибраций при изменении состояния и качества крепления режущих вставок модульного инструмента в условиях автоматизированной обработки резанием // Контроль. Диагностика. 2022. № 1 (25). С. 16–25. DOI 10.14489/td.2022.01.pp.016–025
Маслов А. Р., Тивирев Е. Г. Проектирование модульных инструментальных наладок с заданными точностью и жесткостью // Станкоинструмент. 2022. № 2 (027). С. 82–86. DOI 10. 22184/2499–9407.2022.27.2.82.86
Авторы
Волотов Дмитрий Игоревич – аспирант кафедры «Инструментальная техника и технологии» МГТУ им. Н. Э. Баумана
Маслов Андрей Руффович – доктор технических наук, профессор кафедры «Инструментальная техника и технологии» МГТУ им. Н. Э. Баумана
Отзывы читателей
